LABORATORIUM PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI
SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2013/2014
MODUL : ADSORPSI
PEMBIMBING : Ir.Herawati Budiastuti, M.Eng.Sc, Ph.D
Oleh : Kelompok : VIII (delapan)
Nama : 1. Voninurti Septiani (111424028) 2. Wilda Rahma Fulyani (111424029) 3. Yunita Eka Saputri N. (111424030) 4. Yunus Muharrahman (111424031) Kelas : 3A-TKPB
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH
JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2014
Praktikum : 18 Maret 2014 Penyerahan : 25 Maret 2014 (Laporan)
ADSORPSI I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dewasa ini, air sungai menjadi perhatian dalam pengelolaan lingkungan. Hal ini disebabkan karena limbah yang terkandung dalam air sungai yang jumlahnya semakin menigkat dari waktu ke waktu. Tidak hanya limbah domestic yang berasal dari kegiatan rumah tangga, tetapi juga limbah industri yang sangat berpotensi mengandung logam berat dan bahan kimia beracun lainnya. Hal ini akan berdampak pada lingkungan apabila tidak dikelola dengan baik.
Baku mutu air sungai berdasarkan PP No. 82 tahun 2001 adalah :
No Parameter Baku Mutu
1 TSS 50 mg/L
2 TDS 1000 mg/L
3 pH 6-9
Sumber : Buku I Bahan Ajar Utilitas 1
Berdasarkan fenomena diatas, dilakukan percobaan untuk pengolahan limbah air sungai dengan metode adsorpsi dengan kabon aktif, mencakup kondisi proses, tingkat penyisihan dan kualitas hasil olahan yang dapat dicapai sehingga air sungai tersebut dapat sesuai dengan baku mutu yang ditetapkan.
1.2 Tujuan
a. Mengetahui pengaruh laju alir terhadap pH.
b. Mengetahui pengaruh laju alir terhadap kekeruhan. c. Mengetahui pengaruh laju alir terhadap TDS. d. Mengetahui pengaruh laju alir terhadap DHL.
e. Menentukan kurva breaktrough fluida yang melalui permukaan partikel padatan dalam unggun diam.
II. LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa penyerapan suatu zat pada permukaan zat lain. Zat yang diserap disebut fase terserap (adsorbat), sedangkan zat yang menyerap disebut adsorben. Kecuali zat padat, adsorben dapat pula zat cair. Karena itu adsorpsi dapat terjadi antara : zat padat dan zat cair, zat padat dan gas, zat cair dan zat cair atau gas dan zat cair.
Adsorpsi secara umum adalah proses penggumpalan substansi terlarut yang ada dalam larutan oleh permukaan benda atau zat penyerap. Adsorpsi adalah masuknya bahan yang mengumpul dalam suatu zat padat. Keduanya sering muncul bersamaan dengan suatu proses maka ada yang menyebutnya sorpsi. Baik adsorpsi maupun absorpsi sebagai sorpsi terjadi pada tanah liat maupun padatan lainnya, namun unit operasinya dikenal sebagai adsorpsi. (Giyatmi, 2008: 101).
Menurut Sukardjo bahwa molekul-molekul pada permukaan zat padat atau zat cair, mempunyai gaya tarik ke arah dalam, karena tidak ada gaya-gaya yang mengimbangi. Adanya gaya-gaya ini menyebabkan zat padat dan zat cair, mempunyai gaya adsorpsi. Adsorpsi berbeda dengan absorpsi. Pada absorpsi zat yang diserap masuk ke dalam adsorben sedang pada adsorpsi, zat yang diserap hanya pada permukaan (Sukardjo, 2002:190).
2.2 Jenis adsorpsi
Adsorpsi ada dua jenis, yaitu adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia. Physisorption (adsorpsi fisika)
Terjadi karena gaya Van der Walls dimana ketika gaya tarik molekul antara larutan dan permukaan media lebih besar daripada gaya tarik substansi terlarut dan larutan, maka substansi terlarut akan diadsorpsi oleh permukaan media. Physisorption ini memiliki gaya tarik Van der Walls yang kekuatannya relatif kecil. Molekul terikat sangat lemah dan energi yang dilepaskan pada adsorpsi fisika relatif rendah sekitar 20 kJ/mol. Contoh : adsorpsi oleh arang aktif. Aktivasi arang aktif pada temperatur yang tinggi akan menghasilkan struktur berpori dan luas permukaan adsorpsi yang besar. Semakin besar luas permukaan, maka semakin banyak substansi terlarut yang melekat pada permukaan media adsorpsi.
Chemisorption (adsorpsi kimia)
Chemisorption terjadi ketika terbentuknya ikatan kimia antara substansi terlarut dalam larutan dengan molekul dalam media. Chemisorpsi terjadi diawali dengan adsorpsi fisik, yaitu partikel-partikel adsorbat mendekat ke permukaan adsorben melalui gaya Van der Walls atau melalui ikatan hidrogen. Dalam adsorpsi kimia partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia (biasanya ikatan kovalen), dan cenderung mencari tempat yang memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat. Contoh : Ion exchange.
(Atkin, 1999: 437-438).
2.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Adsorpsi
Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi adalah sebagai berikut: a. Waktu Kontak
Waktu kontak merupakan suatu hal yang sangat menentukan dalam proses adsorpsi. Waktu kontak memungkinkan proses difusi dan penempelan molekul adsorbat berlangsung lebih baik.
b. Karakteristik Adsorben
Ukuran partikel merupakan syarat yang penting dari suatu arang aktif untuk digunakan sebagai adsorben. Ukuran partikel arang mempengaruhi kecepatan adsorpsi. Kecepatan adsorpsi meningkat dengan menurunnya ukuran partikel.
c. Luas Permukaan
Semakin luas permukaan adsorben, semakin banyak adsorbat yang diserap, sehingga proses adsorpsi dapat semakin efektif. Semakin kecil ukuran diameter adsorben maka semakin luas permukaannya. Kapasitas adsorpsi total dari suatu adsorbat tergantung pada luas permukaan total adsorbennya.
d. Kelarutan Adsorbat
Agar adsorpsi dapat terjadi, suatu molekul harus terpisah dari larutan. Senyawa yang mudah larut mempunyai afinitas yang kuat untuk larutannya dan karenanya lebih sukar untuk teradsorpsi dibandingkan senyawa yang sukar larut. Akan tetapi, ada perkecualian karena banyak senyawa dengan kelarutan rendah sukar diadsorpsi,
sedangkan beberapa senyawa yang sangat mudah larut dapat diadsorpsi dengan mudah. Usaha-usaha untuk menemukan hubungan kuantitatif antara kemampuan adsorpsi dengan kelarutan hanya sedikit yang berhasil.
e. Ukuran Molekul Adsorbat
Ukuran molekul adsorbat benar-benar penting dalam proses adsorpsi ketika molekul masuk ke dalam mikropori suatu partikel arang untuk diserap. Adsorpsi paling kuat ketika ukuran pori-pori adsorben cukup besar sehingga memungkinkan molekul adsorbat untuk masuk.
f. pH
pH di mana proses adsorpsi terjadi menunjukkan pengaruh yang besar terhadap adsorpsi itu sendiri. Hal ini dikarenakan ion hidrogen sendiri diadsorpsi dengan kuat, sebagian karena pH mempengaruhi ionisasi dan karenanya juga mempengaruhi adsorpsi dari beberapa senyawa. Asam organik lebih mudah diadsorpsi pada pH rendah, sedangkan adsorpsi basa organik terjadi dengan mudah pada pH tinggi. pH optimum untuk kebanyakan proses adsorpsi harus ditentukan dengan uji laboratorium.
f. Temperatur
Temperatur dimana proses adsorpsi terjadi akan mempengaruhi kecepatan dan jumlah adsorpsi yang terjadi. Kecepatan adsorpsi meningkat dengan meningkatnya temperatur, dan menurun dengan menurunnya temperatur. Namun demikian, ketika adsorpsi merupakan proses eksoterm, derajad adsorpsi meningkat pada suhu rendah dan akan menurun pada suhu yang lebih tinggi (Srining Peni, 2001: 23).
2.4 Mekanisme Proses Adsorpsi
Secara garis besar, mekanisme proses adsorpsi dapat berlangsung berdasarkan tahapan sebagai berikut :
Transfer molekul -molekul adsorbat menuju lapisan film yang mengelilingi adsorbent Difusi adsorbat melalui lapisan film
Difusi adsorbat melalui kapiler atau pori-pori dalam adsorbent Adsorpsi adsorbat pada dinding kapiler atau permukaan adsorbent.
2.5 Arang Aktif
Salah satu adsorban yang biasa diterapkan dalam pengolahan air minum (juga air limbah) adalah karbon aktif atau arang aktif. Arang ini digunakan untuk menghilangkan bau, warna, dan rasa air termasuk ion-ion logam berat. Karena merupakan fenomena permukaan maka semakin luas permukaan kontaknya makin tinggilah efisiensi pengolahannya. Syarat ini dapat dipenuhi oleh arang yang sudah diaktifkan sehingga menjadi porus dan kaya saluran kapiler. Yang belum aktif, ruang kapilernya masih ditutupi oleh pengotor berupa zat organik dan anorganik.
Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara di dalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben (penyerap). Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktivasi dengan aktif faktor bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif.
Luas permukaan arang aktif berkisar antara 300-3500 m2/g dan ini berhubungan dengan struktur pori internal yang menyebabkan arang aktif mempunyai sifat sebagai adsorben. Arang aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya serap arang aktif sangat besar, yaitu 25-100% terhadap berat arang aktif.
III. METODOLOGI PERCOBAAN 3.1 Alat dan Bahan
IV. PENGOLAHAN DATA 4.1 Data Pengamatan
o Volume Limbah = 11000 mL o Vol air akhir adsorbsi = 9145 mL o Laju Alir = 7,15 mL/detik o Kekeruhan Awal = 9,44 NTU
o TDS awal = 294 mg/L
o pH awal = 7,21
o DHL awal = 0,435 mS
o Air Keran (untuk backwash)
- Sebelum backwash (langsung dari keran): o Turbidity = 1,53 NTU
o pH = 6,86
- Sesudah backwash (dari keluaran kolom) : o Turbidity = 1,46 NTU
o pH = 7,21
o Tabel Data Pengamatan
o o o o o o No Waktu (menit) Efluen Kekeruhan (NTU) TDS (mg/L) pH DHL (mS) Volume (mL) Kumulatif (mL) 1 10 585 585 1,79 391 7,21 0,576 2 20 900 1485 2,35 347 7,21 0,481 3 30 830 2315 3,86 341 7,21 0,499 4 40 540 2855 4,21 327 7,21 0,472 5 50 930 3785 3,2 328 6,98 0,325 6 60 840 4625 4,41 319 7,2 0,468 7 70 800 5425 1,76 331 6,75 0,496 8 80 780 6205 1,31 327 6,6 0,487 9 90 770 6975 2,04 316 6,85 0,472 10 100 650 7625 2,09 329 6,73 0,493 11 110 850 8475 2,37 315 6,78 0,471 12 120 670 9145 2,34 315 7 0,461
o Kurva Waktu terhadap Kekeruhan
o Kurva Waktu terhadap TDS 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 20 40 60 80 100 120 140 tu rb id ity (N TU ) waktu (menit)
Kurva Waktu Terhadap Kekeruhan
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 20 40 60 80 100 120 140 TD S (m gL/) waktu (menit)
o Kurva Waktu terhadap pH
o Kurva Waktu terhadap DHL 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7 7.1 7.2 7.3 0 20 40 60 80 100 120 140 pH waktu (menit)
Kurva Waktu Terhadap pH
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 20 40 60 80 100 120 D H L (m S) waktu (menit)
V. PEMBAHASAN
Voninurti Septiani (111424028)
Percobaan adsorpsi ini bertujuan untuk menjernihkan air sungai. Adsorben yang digunakan berupa arang aktif. Untuk menguji kualitas dari air sungai, hasil proses adsorpsi dilakukan dengan beberapa cara, yaitu dengan mengukur kekeruhan, pH, TDS, dan DHL.
Sebenarnya, kualitas dari air sungai yang diuji sudah sesuai dengan baku mutu yang ditetapkan (PP No. 82 tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Airdan Pengendalian Pencemaran), artinya nilai dari kekeruhan dan TDS di bawah nilai ambang batas, serta nilai pH yang ada pada rentang nilai baku mutu. Tetapi, secara kasat mata dapat terlihat air tersebut keruh dan belum bisa digunakan untuk kegiatan sehari-hari.
Setelah diadsorpsi, nilai dari kekeruhan, pH, TDS, dan DHLnya pun menurun. Warna airnya pun menjadi lebih jernih. Hal ini dapat dilihat dari kurva-kurva yang terdapat di pengolahan data. Walaupun nilainya fluktuatif, tetapi nilainya di bawah nilai ambang batas. Dari kurva tersebut tidak terdapat kurva breaktrough. Hal ini disebabkan karena adsorben yang digunakan belum mencapai titik jenuh, sedangkan untuk mencapai kurva breaktrough adsorben yang digunakan harus sudah mencapai titik jenuh. Karena terbatasnya waktu, maka kami tidak melakukan percobaan adsorpsi sampai mencapai kurva breaktrough.
Ukuran dari adsorban yang digunakan sangat mempengaruhi proses adsorpsi. Apabila ukuran dari adsorban berupa granular maka efektivitas dari proses adsorpsi menurun. Selain itu, waktu kontak juga sangat berpengaruh, hubungannya adalah dengan laju alir. Laju alir yang tidak konstan dapat menyebabkan hasil yang fluktuatif. Apabila laju alir terlalu besar dapat menyebabkan adsorben terbawa ke effluent sehingga effluent yang keluar menjadi keruh karena mengandung arang aktif.
Pada proses adsorpsi, backwash perlu dilakukan untuk mencegah arang aktif dari kejenuhan dan mampu menyerap kandungan zat terlarut dalam air sungai secara maksimal.
Wilda Rahma Fulyani (111424029)
Air sungai yang terdapat diwilayah kota Bandung ini sangat kotor, terlihat dari warna air sungainya yang kecoklatan dan terdapat sampah dialirannya. Pada percobaan kali ini kami mengambil salah satu sampel air sungai terdekat untuk diuji nilai parameter-parameter tertentu .
Kami melakukan percobaan ini untuk mengetahui pengaruh dari teknik pengolahan yang kami lakukan terhadap nilai parameter-parameter yang telah ditentukan, pengolahan yang dilakukan menggunakan Adsorpsi dengan adsorben karbon aktif. Adsorpsi ini merupakan proses pemisahan dimana komponen-komponen tertentu dalam fase fluida berpindah ke permukaan padatan (Alke’s, 2009 : 7).
Sampel yang telah diambil diuji terlebih dahulu nilai parameternya, dalam praktikum ini terdapat empat nilai yang diukur yaitu nilai TSS ( Total Suspended Solid), TDS (Total Dissolved Solid), DHL (Daya Hantar Listrik), dan pH. Setelah kolom adsorpsi siap untuk digunakan, sampel air sungai dialirkan dengan bukaan valve yang telah diatur laju alirannya agar adsorpsi berlangsung tanpa terbawanya karbon yang terdapat dikolom. Percobaan ini dilakukan selama 120 menit dan pengambilan sampel setiap 10 menit sekali, setiap sampel diukur nilai parameter yang telah ditentukan. Saat percobaan berlangsung terdapat beberapa kendala, yaitu bukaan valve yang tidak stabil sehingga terdapat kejanggalan pada data-data yang ada.
Pada kurva-kurva yang terdapat dipengolahan data , terlihat perubahan nilai dari setiap parameter. Nilai yang ditunjukan hampir mendekati batas baku mutu yang dibuat oleh pemerintah, yaitu pada PP No. 82 tahun 2001. Berikut nilai baku mutu untuk setiap parameter yang digunakan,
No Parameter Baku Mutu
1 TSS 50 mg/L
2 TDS 1000 mg/L
3 pH 6-9
Sumber : Buku I Bahan Ajar Utilitas 1
Dalam pengolahan data nilai pH dan TSS untuk beberapa sampel telah tercapai tetapi untuk TDS masih telalu jauh, pada percobaan rata-rata nilai TDS 300 mg/L. Dengan waktu adsorpsi selama 120 menit dan laju alir 7,15 mL/detik, adsorben masih bisa digunakan atau belum jenuh karena terlihat pada kurva tidak terlihat titik dimana hasil dari adsorpsi nilai parameternya mendekati sampel awal. Dapat disimpulkan bahwa kolom tersebut belum jenuh sehingga tidak terdapat breaktrough pada percobaan kali ini. Sesuai dengan teori bahwa jika adsorbsi dilanjutkan setelah breakpoint, maka konsentrasi akan naik dengan cepat sampai sekitar
0,5 dan kemudian menjadi lambat sampai mendekati 1(Alke’s, 2009 : 7). Bahwa seharusnya konsentrasi naik drastis dan melambat disanalah tahap jenuh dari suatu kolom adsorpsi.
Yunita Eka Saputri Nala (111424030)
Adsorpsi merupakan salah satu metoda yang dapat digunakan dalam pengolahan air limbah agar air limbah dapat dibuang ke lingkungan sesuai dengan baku mutu sehingga tidak mencemari atau pun membahayakan lingkungan. Pada praktikum kali ini digunakan air sungai Ciwaruga sebagai air yang akan diadsorpsi.
Jika membandingkan nilai pH dan TDS awal air sungai sebelum diadsorpsi dengan nilai baku mutu air sungai berdasarkan PP No. 82 tahun 2001, dapat dikatakan bahwa air sungai Ciwaruga tidak tercemar karena nilai pH dan TDS air sungai Ciwaruga berada dibawah batas baku mutu. pH air sungai Ciwaruga yaitu 7,21 sedangkan pH air sungai pada baku mutu berkisar pada pH 6-9, serta nilai TDS air sungai ciwaruga yaitu 294 mg/L sedangkan nilai TDS air sungai pada baku mutu adalah 1000 mg/L. Dari data perbandingan di atas tersebut dapat disimpulkan bahwa air sungai Ciwaruga masih aman dan tidak mencemari lingkungan sekitar, tetapi jika ingin menggunakan air sungai Ciwaruga untuk kegiatan sehari-hari, seperti mencuci atau mandi, perlu dilakukan treatment terlebih dahulu, karena jika dilihat secara fisik, air sungai Ciwaruga tersebut sedikit keruh dan kotor oleh sampah organic dan anorganik. Salah satu cara untuk mentreatment air sungai tersebut adalah dengan cara diadsorpsi.
Praktikum adsorpsi ini dilakukan selama 120 menit, dengan setiap 10 menit diambil sampel. Kemudian setiap sampel ini diukur nilai kekeruhan, pH, TDS, dan DHLnya. Dari data percobaan yang telah diperoleh dapat dilihat bahwa secara keseluruhan, semakin bertambahnya waktu nilai pH, TDS, dan DHL air sungai turun walaupun sedikit fluktuatif. Tetapi nilai kekeruhan air sungai setelah diadsorpsi fluktuatif. Hal ini disebabkan karena laju alir influen yang tidak konstan. Ketika laju alir influen diperbesar, karbon aktif akan terbawa oleh aliran efluen sehingga efluen yang dihasilkan sedikit berwarna kehitaman karena mengandung padatan karbon aktif.
Dari data percobaan yang diperoleh tidak dapat dibuat kurva breaktrough karena pada praktikum yang dilakukan selama 120 menit ini, nilai parameter efluen masih jauh dari nilai parameter influen, yang berarti adsorben yang digunakan belum jenuh, sehingga tidak diperoleh dimana nilai parameter efluen akan mendekati atau sama dengan nilai parameter influen.
Setelah percobaan adsorpsi dilakukan, kemudian dilakukan backwash yang berfungsi untuk mengaktifkan kembali adsorben atau meregenerasi adsorben sehingga dapat digunakan kembali. Influen yang digunakan pada backwash adalah air kran. Backwash dihentikan ketika nilai parameter efluen mendekati atau sama dengan nilai parameter influen (air keran).
VI. KESIMPULAN
1. Nilai kekeruhan, pH, TDS, dan DHL air sungai yang telah diadsorpsi akan menurun seiring dengan bertambahnya waktu. Kemudian adsorben akan sampai pada titik jenuh sehingga nilai parameter effluen akan sama dengan nilai parameter influen.
2. Air sungai Ciwaruga dapat dikatakan tidak tercemar karena nilai parameternya berada dibawah nilai baku mutu air sungai berdasarkan PP No. 82 tahun 2001.
3. Adsorben atau karbon aktif yang digunakan pada praktikum ini masih dalam keadaan baik karena saat digunakan untuk mengadsorpsi air sungai selama 120 menit belum mengalami kejenuhan.
DAFTAR PUSTAKA
Ipha, dkk. 2012. Adsorpsi. http://kimia08.wordpress.com/2012/05/13/adsorpsi/. (diakses tanggal : 23 Maret 2014)
Hermana, Joni dan Rahmat Boedisantoso. -. Adsorpsi. Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh November
-. 2009. Adsorpsi Karbon Aktif. http://www.airlimbahku.com/2009/03/adsorpsi-karbon-aktif.html. (diakses tanggal : 23 Maret 2014)
LAMPIRAN FOTO
Gambar Keterangan
Foto rangkaian alat Adsorpi. Terdapat tabung yang berisi karbon aktif. Aliran influen mengalir dari atas, melewati karbon aktif, dan
aliran keluar dari bawah sebagai effluent.
Tangki penampung air sungai sebelum diadsorpsi. Harus selalu dilakukan pengadukan
agar air sungai homogeny dan tidak terjadi pengendapan.
Alat untuk mengukur kekeruhan cairan.
Alat untuk mengukur TDS dan DHL suatu larutan atau cairan.
